Стеарин-органическая основа для свечей

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Стеарин-органическая основа для свечей

Мишин Е.В. 1
1МКОУ "Глубоковская СОШ Завьяловского района"
Кузьмина Н.Н. 1
1МКОУ "Глубоковская СОШ Завьяловского района"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Мир органических веществ широк и разнообразен. На уроках химии мы узнаем о том, как одни органические вещества превращаются в другие. Порой мы даже не догадываемся, что и в быту и в пище нас окружают органические вещества, без которых просто не обойтись.

Актуальность работы

Тема работы выбрана неслучайно. В нашем селе группа женщин изготавливает окопные свечи «теплушки» для солдат СВО. В селе организовали сбор воска, парафина и огарков от свечей. На вопрос: «Почему не делаете свечи из стеарина?» Ответили: «Нужно покупать, а он дорогой». Стеарин экологичен и горит дольше, без копоти и неприятных запахов, что немаловажно людям, находящимся в блиндажах, окопах.

Вот тут мы задумались о создании стеарина в домашних условиях.

Объектом нашего исследования является стеарин

Предмет исследования – способ получения стеарина в домашних условиях.

Цель исследования: Создать стеарин в домашних условиях

Мы выдвинули следующую гипотезу: Полученный в домашних условиях стеарин , будет пригодным для изготовления окопных свечей.

Новизна исследования заключается в том, что зная известный способ получения стеарина, были выявлены факторы влияющие на процесс.

Задачи исследования:

  • Изучить способы создания стеарина;

  • Изготовить стеарин, выбрав наиболее удобный способ;

  • Определить факторы, влияющие на выход продукта и на его характеристики.

  • Обзор литературы.

Большинство изобретений, повлиявших на свечное дело, относится к ХIХ веку. В 1820 г. Французский химик Мишель Шеврёль открыл возможность выделения смеси жирных кислот из животных жиров – т.е. стеарина. Стеарин, иначе иногда называемый стеариновым воском из-за подобных воску свойств, оказался твёрдым, жёстким и горел без копоти и почти без запаха, а технология его производства не являлась затратной. И как следствие, вскоре стеариновые свечи почти полностью вытеснили все другие виды свечей, было налажено массовое производство.

Стеарин – органический продукт, получаемый из жиров. Состоит из стеариновой кислоты с примесью пальмитиновой, олеиновой и других насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Применяют в мыловарении, бумажной, резиновой, текстильной промышленности, для изготовления свечей. Смесь керосина и стеарина используется как смазка при формовочных работах. Как компонент входит в состав воска, использующегося в литейной промышленности.

Стеарин издавна известный как один из компонентов в мыловарении и производстве свечей. Благодаря ему свечи дольше горят, а мыло лучше мылится.

Производится стеарин путём гидролиза или дистилляции жиров животного (чаще) либо растительного (реже) происхождения. Технический стеарин, используемый при производстве свечей, имеет форму небольших гранул без цвета и запаха, которые легко плавятся при нагревании до температуры около 70 градусов. В воде они не растворяются, только в эфире.

Стеарин хорошо сочетается с парафином, повышая прочность и твёрдость свечей. В то же время при производстве свечей из натурального воска в нём нет смысла, так как воск сам по себе твёрдый и не нуждается в каких-либо добавках.

Технический стеарин имеет множество необходимых для промышленности функций, в частности используется так:

  • эмульгатор;

  • стабилизатор;

  • загуститель для твёрдых косметических средств;

  • замутнитель для устранения прозрачности веществ;

  • как успокаивающая и смягчающая добавка.

Стеарин экологичен и горит дольше, без копоти и неприятных запахов, однако это сказывается и на его цене. Самые дорогие и безвредные свечи – из воска. К тому же в них содержится мощный дезинфицирующий компонент – прополис. У них и без ароматизаторов приятный медовый запах. Они могут принимать любую форму, поэтому их часто делают в виде фигурок. Иногда их окрашивают в разные цвета, но чаще всего оставляют приятный натуральный жёлтый оттенок. Воск из кокосового масла, который в последнее время обретает большую популярность, абсолютно безопасен для здоровья. Из-за своей мягкости свечи из него делают только в контейнерах или красивых стеклянных баночках.

Для чего нужен стеарин?

Стеарин нужен не только для изготовления свечей, он имеет широкое применение в других отраслях, например:

  • спиртовой;

  • нефтепереработке;

  • бумажной;

  • кожаной;

  • текстильной;

  • косметической;

  • химической.

Также стеарин может применяться в пищевой промышленности при изготовлении маргарина и в выпечке, содержащей жиры и кремы, для этих целей используют в основном стеарин растительного происхождения, например пальмовой. Технический стеарин можно встретить в составе карандашей (грифелей), лекарственных препаратов, он используется как вспомогательный компонент в изготовлении электродов, оргстекла, резины, кабелей.

Стеариновая кислота в косметике

В составе ряда жиров и масел присутствует стеариновая кислота. Её используют в изготовлении:

  • свечей;

  • мыла;

  • зубной пасты;

  • кремов;

  • красителей для волос;

  • резиновых смесей.

В фармацевтике, аналитической химии используется это белое кристаллическое вещество. Стеарин – ингредиент без запаха, и поэтому он высоко ценится в косметической сфере. В продукции косметического характера он выполняет роль загустителя и стабилизатора, сдерживающего расслоение неустойчивых ингредиентов на отдельные субстанции. Благодаря стеарину крем выглядит однородным и непрозрачным.

Преимущества стеарина

Стеариновые свечи не производят в чистом виде. Лишь некоторая доля вещества добавляется к основному материалу свечей, и производители ценят его за следующие преимущества:

  • экономное горение;

  • более яркое пламя свечи;

  • изделия со стеарином выходят из форм без принуждения;

  • стеарин не образует копоти (для парафиновых свечей потребуется вымачивание фитиля в азотнокислом натрии);

  • стеарин оберегает изделия от искривления при нагреве.

Рынок

В Европе 90% свечей производят из парафина. Рассмотрим величину составляющих компонентов промышленной линии. Около 4% продукции составляют стеариновые свечи хозяйственные, 0,5% продукции производят из воска пчелы, остальная доля рынка приходится на изделия из воска соевых и пальмовых растений. В Швеции, Норвегии стеарин как сырьё для свечей распространён гораздо шире. Иногда в парафиновых изделиях присутствует до четверти стеарина. Распространены также композиционные свечи, состоящие из стеарина, спермацета, твёрдых жиров с висмутом и добавлением мышьяка для прочности.

Отличия основных компонентов

Как отличить парафиновую свечу от стеариновой? Оба вещества различны по химическим и физическим характеристикам. Парафин представляет собой состав из нефтепереработанных веществ, а стеарин – это соединение переработанных жиров и стеариновой кислоты с добавлением глицерина.

Отличия:

  • Стеариновые свечи лишь на 4% состоят из парафина и, кроме него, содержат пальмовое масло, а парафиновые включают около 3-15% стеарина для придания прочности изделию.

  • Для плавления парафина нужна температура +36-55 градусов, а для стеарина 55-72.

  • Температура пламени стеариновой свечи достигает 1500 градусов, а парафиновой – 1400 градусов.

  • Стеарин в реакции со щелочным веществом образует мыльную пену, а парафин с ней никак не взаимодействует.

  • Стеариновые свечи горят дольше парафиновых и не деформируются, в отличие от них.

Отличить стеариновую свечу от парафиновой трудно, тем более, что в свечном производстве обычно используют смесь того и другого вещества. Но различить свечи всё же можно. Например, по температуре плавления. Парафин-это не что иное, как смесь углеводородов с прямой цепью С20-С28 в различных соотношениях. Он плавится в диапазоне от 36 до 55 градусов. Стеарин – сложный эфир глицерина и стеариновой кислоты – плавится в более высоком интервале температур: от 55 до 72 градусов.

Для того чтобы отличить стеариновую свечу от парафиновой, следует воспользоваться действием щёлочи: стеариновая кислота будет реагировать с раствором щёлочи, образуя натриевую или калиевую соль – мыло:

С17Н35СООН+NaOH=C17H35COONa+H20.

Однако практически стеариновая свеча растворяется в щёлочи очень медленно. Поэтому для быстрого определения следует исследовать образующийся раствор. При действии на мыло кислот или солей кальция или магния выпадает осадок: С17Н35СООNa+HCl=C17H35COOH+NaCl

Методы исследования

Изучение литературы по исследуемой проблеме

Анализ и обобщение материала, полученного в результате наблюдений.

Проведение эксперимента и анализ его результатов

Получение стеарина из растительного масла.

Холодный отжим: прессование исходного продукта при холодных температурах. Такой метод считается самым натуральным, но конечный выход равен всего 27 % от всей содержащейся доли жирных кислот.

Этот способ также подразумевает низкие температуры, но сырье проходит предварительную термическую обработку. Такие манипуляции позволяют значительно увеличить количество получаемого жирного добавочного элемента — до 43 %.

Последний способ называется экстракцией: при таком методе производят все маргарины и спреды, которые есть на полках магазинов. Сырье заливают фракциями бензина, при этом качество исходных материалов не имеет значения. Это не самый безопасный способ, но итоговый выход масла может быть до 98 %, что выгодно производителям.

Рецепт получения стеарина из сала.

Старинный (но вполне пригодный к использованию) рецепт получения стеарина включает нагревание сала (10-12 масс. частей) в 100 масс. частей чистой кипяченой или дистиллированной воды до плавления сала. Потом нагревание следует прекратить и добавить к смеси 2%-ный содовый раствор (плотностью 1,02 г/мл).

 Следует непрерывно перемешивать смесь, пока она не приобретет консистенцию мыла, приготовленного кустарным способом. Затем снова нагревать смесь, довести ее до кипения.  При кипячении мыло разлагается и образуется хлопьевидный осадок (примеси); их надо отделить.

После отстаивания получается прозрачный продукт, который надо обработать подкисленной водой для перевода мыла (натриевой соли стеариновой кислоты) в кислоту. Для контроля кислотности используют лакмус, если он есть (он должен становиться красным). Отделение готового стеарина ведут после отстаивания смеси в течение двух или трех суток.

Выделение стеарина из мыла в домашних условиях.

С17Н35СООNa+CH3COOH= С17Н35СООН+CH3COONa

В результате реакции получается стеарин и ацетат натрия.

Стеарин изготавливают следующим образом. Кусок хозяйственного мыла измельчают на терке или же строгают ножом, чтобы получились мелкие стружки. Мыло нужно постараться взять самое дешевое, так как оно содержит меньше всевозможных примесей, например ароматизирующих и т.д. Измельченное мыло кладут в посуду и заливают на три четверти горячей водой.

Если нет необходимости получить чистый стеарин то вместо чистого стеарата можно использовать мыло

Если есть время, то мыло выдерживают в воде до тех пор, пока оно не разбухнет, а потом уже ставят посуду на водяную баню. Размешивать мыло нужно небольшой лопаткой, выструганной из дерева. Как только мыло полностью растворится в воде, в клееварку медленно тонкой струей льют уксусную кислоту.

Когда мыльный раствор становится белым, как молоко, кислоту лить прекращают и продолжают его размешивать. Раствор постепенно начнет светлеть, а на его поверхности будут всплывать светло-бурые хлопья стеарина, который состоит из так называемых жирных кислот, в основном стеариновой и пальмитиновой.

При дальнейшем размешивании всплывшие хлопья расплавляются и покрывают ровным слоем посветлевший раствор. Стеарин собирают специально приготовленной ложкой и переносят в стеклянную банку с холодной водой. Сверху на банку натягивают кусок марли, которую закрепляют резинкой или прочной веревочкой.

Встряхнув несколько раз банку, сливают грязную воду, а на ее место прямо через марлю наливают чистую. Стеарин таким способом нужно промыть не менее пяти раз. Вылив в последний раз воду, снимают марлю и отжимают насыщенную влагой стеариновую массу, прижимая ее к стенкам деревянной лопаткой. Стеарин готов.

Выделение свободных жирных кислот из мыла в химической лаборатории.

Стеариновая кислота, как кислота слабая, может быть получена действием минеральной кислоты на мыло: 2С17Н35COONa+H2SO4=2C17H35COOH+Na2SO4. Как вещество не растворимое в воде, стеариновая кислота при этом выделяется из раствора.

Реактивы:

  • Концентрированный раствор мыла

  • Разбавленная серная кислота

Ход работы:

К 60 мл концентрированного водного раствора мыла приливают по каплям разбавленную (10%-ную) серную кислоту. Выпадает белый хлопьевидный маслянистый осадок свободных жирных кислот (главным образом пальмитиновой С15Н31СООН и стеариновой С17Н35СООН)

R-COONa+H2SO4=NaHSO4+R-COOH

Выделение стеарина из мыла в безводном растворе

Мыльную стружку не разводят водой, а сразу заливают кислотой. Бытует мнение что при таком способе выход стеарина самый большой.

С17Н35СООNa+HCl= С17Н35СООН+NaCl

Результаты и обсуждения.

Проанализировав вышеизложенные методы извлечения стеарина, мы выбрали для эксперимента способы выделения из мыла.

Выделение стеарина из мыла в домашних условиях.

С17Н35СООNa+CH3COOH= С17Н35СООН+CH3COONa

Для получения стеарина нам понадобится мыло, горячая вода и кислота. Измельчаем мыло в стружку и заливаем горячей водой в соотношении 1:5. После того как мыло растворится добавляем туда кислоту и непрерывно помешиваем. На поверхность хлопьями всплывает вещество (похожее на творог). Это и есть стеарин. Полученный стеарин промываем холодной водой и просушиваем. На ощупь жирное вещество, напоминает воск.

Выделение свободных жирных кислот из мыла в химической лаборатории.

2С17Н35COONa+H2SO4=2C17H35COOH+Na2SO4

Выделение стеарина из мыла в безводном растворе

Данный способ не дал результата. Мыло мгновенно прореагировало с кислотой.

Таблица 1. Определение факторов влияющих на выход продукта.

Концентрация кислоты

Наблюдения

70% уксусная кислота

100% выход продукта

Время реакции составило 3 мин

9% уксусная кислота

100% выход продукта

Уксуса понадобилось в 2 раза больше

Время реакции составило 3 мин

50% соляная кислота

Время реакции составило 30 сек

Сорт мыла

 

Туалетное мыло

50% выход продукта (после сушки)

Хозяйственное мыло

100% выход продукта (после сушки)

Температура смеси

 

30 С

Реакция происходила медленнее

90 С

Реакция происходила быстрее, кислота вступает в реакцию в меньшем количестве

Из таблицы видно, что оптимальные условия для получения стеарина будут следующие:

Если опыт проводить дома, то необходимо взять 70%-ю уксусную кислоту. Если стеарин изготавливать в школьной химической лаборатории, то кислота подойдёт соляная или серная. Выбор мыла для стеарина - хозяйственное мыло дешевле, но при получении стеарина из него возникает неприятный запах и жёлто-коричневого цвет, кроме того хозяйственное мыло не содержит добавок. В следствие чего, при плавлении не образуется осадка. Стеарин из туалетного мыла не имеет неприятного запаха, но себестоимость продукта будет дороже. Также при высыхании он теряет 50 % по массе, а при плавлении образуется белый осадок.

При изготовлении стеарина в домашних условиях загрязнённую посуду нужно отмывать щелочными моющими средствами, так как при взаимодействии стеариновой кислоты и щёлочи образуется мыло. Так же можно добавить каустическую соду. А в школьной лаборатории химическую посуду после стеарина необходимо промыть горячей водой с добавлением гидроксида натрия.

C17H35COOH+NaOH=C17H35COONa+H2O

Применение полученного стеарина в изготовлении окопной свечи.

Стеариновые свечи готовят из смеси 1части стеарина и 4 части парафина.

Получившийся стеарин для свечей мы растопили на водяной бане при температуре 75 С и залили подготовленные формы, добавив парафин в нужной пропорции.

Пламя свечи более яркое, чем у парафиновой свечи. Время плавления более долгое. Запах отсутствует.

Выводы:

В ходе исследовательской работы мы

  1. Провели анализ литературы.

  2. Выяснили преимущество стеарина над парафином.

  3. Выбрали способ удобный для создания стеарина в домашних условиях.

  4. Определили факторы, влияющие на выход стеарина.

  5. Выделили стеарин из мыла химическим способом.

Считаем, что наша гипотеза доказана.

Заключение.

Полученный нами стеарин будет применяться для изготовления окопных свечей солдатам СВО. Именно поэтому состав свечей должен быть менее токсичным. В отличие от парафина, который является продуктом нефтепереработки, стеарин менее вреден при сгорании. Именно это делает его выигрышным, так как зачастую окопные свечи используются в закрытом помещении.

Полученный стеарин получил высокую оценку у волонтеров, которые изготавливают свечи на фронт.

Наша работа получила практическое применение. Был проведен мастер –класс для учащихся 6-8 классов. Полученный стеарин был передан волонтерам.

Список литературы.

  1. Буцкус П.Ф. Книга для чтения по органической химии. Пособие для учащихся 10 кл.-М.: Просвещение,1995-256с.

  2. Гроссе.Э.Г. Химия для любознательных.-Л.: Химия,1995

  3. Большая биологическая энциклопедия, М.,«Большая энциклопедия»,1987 г.,

  4. Петухов С.Ю. «Химия мыла и моющих средств»;

  5. https://www.gdp3podolsk.ru/blog/kak-otlichit-stearinovye-svechi-ot-parafinovyh-kak

  6. https://pro-vosk.ru/stearin-vosk/

  7. Приложения

Получение стеарина из туалетного мыла

Взвешиваем мыло

Процесс выделения стеарина

Промытый стеарин

Получение стеарина из хозяйственного мыла

Растапливаем стеарин на водяной бане

Просмотров работы: 351